激基复合物有机发光二极管的磁场效应研究

发布时间：2020-06-24 17:41

【摘要】：有机发光二极管(OLEDs)近年来在显示和照明领域显示出巨大的应用前景,越来越多的有机发光材料被合成出来,并用于制备高性能OLEDs。人们对于OLED的研究,除了继续不断提高器件效率和寿命,降低成本,也逐渐开展深入的机理研究,更多的实验手段和测试方法被用来探讨OLED的发光机制和物理过程。有机磁场效应因其与载流子的自旋属性相关,可以作为一种简单而且直接的手段来研究OLED的光电物理过程,受到了人们的广泛关注。有机磁场效应主要是利用外加磁场为辅助的手段,在正常的发光器件中,添加磁场这一变量,一般是几十到几百mT的磁场大小,然后通过观察磁场下通过器件的电流、发光或其他参数随外磁场的变化,根据出现的曲线线型分析器件相应的物理过程。经过多年的发展,有机磁场效应检测不仅已成为研究OLED发光机制的重要手段,对提升OLED器件性能以及制备新型自旋相关器件也具有十分重要的指导意义。尽管有机磁场效应发展到目前已有一些理论体系来支撑所观察到的实验现象,比如电子-空穴对模型(electron-hole pair model)、双极化子模型(Bipolaron model)、激子-激子相互作用(TTA)或者激子-极化子相互作用(TPA)模型,但是在一些特定的体系中,这些模型并不能完全的解释实验现象,它们之间总是存在着互相制约但又互相竞争的关系,而且到目前为止,还未有一个完全统一的模型可以用来解释所有的实验现象,因此在有机磁场效应中仍有许多的问题有待去研究。基于此,我们选择具有高效率发光特性的的激基复合物体系作为磁场效应的研究对象,通过详细地分析激基复合物中磁场效应的来源以及不同磁效应之间的关系,揭示了激基复合物器件的磁场效应机制,建立了理论模型,实现了对激子的调控,最终通过简单而有效的的物理方法制备出了高性能激基复合物OLEDs。论文的主要工作如下:1.研究了m-MTDATA:3TPYMB激基复合物体系的磁场效应,制备了大磁场效应的OLED器件,在恒定电压下MC=16%,MEL=32%;在恒定电流下MEL=12%。并用单载流子器件研究了器件中磁场效应的来源以及MC和MEL之间的联系。研究发现,光激发下单载流子激基复合物器件中的磁致电流主要来源于光生激子的分离,且只存在于单空穴器件中。通过改变器件结构发现,单载流子器件中磁场效应与电荷转移态的形成和传输层材料的选取密切相关。通过对单载流子器件和双极器件磁场效应线型的比较,发现光激发产生的激子与电激发产生的激子对磁电流的贡献明显不同,光激发电荷转移态D+A-的分离对磁电流的贡献占主导,而电激发下初始态与PP态有关,PP态除了进一步形成CT态进而受磁场影响产生磁电流之外,其本身在外磁场的作用下也将会受到影响从而改变器件中的磁电流。不同入射波长下的光诱导MC和m-MTDATA:3TPYMB共混薄膜的MPL所展示出来的相似的特征曲线也证明了激子的分离对磁电流的贡献。通过改变单载流子器件的偏压和光激发强度,调控器件内部载流子和光生激子的浓度,揭示了激基复合物器件中的淬灭过程。研究表明,激基复合物中存在着较严重的TPA淬灭,其中极化子作用为主。2.研究了激基复合物的三线态能级与形成它的给体和受体的三线态能级高低对激基复合物OLED发光的影响。磁致发光效应研究发现,当给体或受体的三线态能级较低时,形成的激基复合物将会传递能量到邻近的给体或受体,从而损失能量,而这种能量的损失会加重激基复合物器件的TTA淬灭过程。瞬态MEL的分析也表明了这种能量传递造成激子淬灭的根本原因。MEL的进一步研究还发现,在恒流下的MEL出现了特殊的“W”线型,并认为是TAPC材料自身的特性引起的,其电致激基缔合物的形成决定了其负MC和MEL的出现,从而影响了OLED器件的磁场效应。3.研究了改善激基复合物OLED器件性能的结构和方法。提出了在给受体共混激基复合物中混合一个宽带隙双极有机材料Spacer的有效结构,通过扩大给受体的空间距离,减小了ΔEst,增强了RISC,增加了三线态激子的利用率,从而提高了器件性能。通过该方法制备的TCTA:PO-T2T激基复合物OLEDs,其EQE从3.9%提升到了8.0%,在1000 cd/m2的亮度下也能维持7.5%,作为主体也制备出了高效率磷光OLEDs。磁场效应研究表明,这种共混器件均为长程耦合的电子-空穴对发光,显示了该方法在激子调控和高效利用上的特点。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN383.1
【图文】：

有机发光二极管,器件结构

逦第１章绪论１．２．１有机发光二极管的器件结构逡逑有机发光二极管（ＯＬＥＤ）最典型的器件结构是Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ等人提出的三明治逡逑结构，如图１．１所示［４，４２］。ＯＬＥＤ器件结构主要包括两个电极层（阴极和阳极）逡逑和中间的发光层，其中阳极层大多采用透光性和导电性都较好的氧化铟锡ＩＴＯ，逡逑然而由于铟和锡均为稀有金属，用之即少，难以保证其在未来市场上的应用，此寻找可以替代它的阳极材料具有重要意义，近年来，石墨烯被发现具有高透率和高载流子迁移率特性而很有可能代替ＩＴＯ成为新一代的阳极材料１４５＂４＇极材料通常采用金属铝Ａ１、镁Ｍｇ、钙Ｃａ等，一些特殊情况下会采用贵金属Ａｕ和银Ａｇ［４８］。为了提高ＯＬＥＤ器件的载流子注入和发光特性，通常会在阴和阳极之间插入不同特性的功能层，比如说空穴注入层、空穴传输层、电子传层、电子注入层、激子阻挡层等。一般制备的ＯＬＥＤ器件有机层总厚度保持１００邋ｎｍ左右，各功能层的厚度不同，会严重影响ＯＬＥＤ器件的发光性能，因优化器件结构是获得高性能ＯＬＥＤ的前提条

有机发光二极管,载流子

跳跃传输逡逑图１．２有机发光二极管中载流子的注入与传输逡逑电极的接触势垒（如图１．２），而这一势垒的高低也直接与ＯＬＥＤ器件的启亮电压逡逑相关，注入势垒越低，载流子注入过程引起的损耗就会越小，注入效率（？＞！＿）逡逑就越高。有时候受材料和蒸镀设备的限制，金属电极与其接触的有机材料之间的逡逑势垒较大很难避免，通常需要在两者之间加入一个注入层，以提升载流子的注入逡逑效率，比如在阳极一侧加入Ｍｏ０３或ＨＡＴ－ＣＮ，在阴极一侧加入ＬｉＦ，Ｌｉ２Ｃ０３，逡逑ＣｓＣ０３等薄层，这些材料一般具有较高的ＨＯＭＯ能级或者低的功函数，它们与逡逑金属和有机半导体接触的时候，可以使有机半导体一侧的势垒宽度减小，形成隧逡逑穿势皇，载流子不需要越过高的势垒而是直接隧穿进入到有机半导体内，增加了逡逑载流子的注入。表１．１列出了几种常见的载流子注入机制

【相似文献】